第一章 地理信息系统概述 - 副本

主讲人：GIS在环境科学中的应用第一章地理信息系统概述信息和地理信息、信息系统和地理信息系统地理信息系统基本概念和本质特征地理信息系统的结构与功能地理信息系统的特性地理信息系统的发展和前景§1.信息和地理信息、信息系统和地理信息系统数据和信息数据（Data）：是人类在认识世界过程中，定性或定量描述认识目标的直接记录或原始资料信息（Information）：指采用数字、文字、符号、语言等介质向人类提供有意义的消息或因素特征：客观性、适用性、传输性和共享性数据和信息的关系数据是信息的载体，是人类认识过程的直接记录或原始素材，是客观对象的表示；信息是潜在于数据中的意义，是数据的内容和解释，是对数据加工后的有认识意义的结果信息和地理信息地理信息（GeographicInformation）：是指与研究对象空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征，是具有联系的数字、文字、图形、图像等的总称信息和地理信息的关系地理信息属于空间信息，它与一般信息的区别在于它具有区域性、多维性和动态性§1.信息和地理信息、信息系统和地理信息系统§1.信息和地理信息、信息系统和地理信息系统信息系统：是一种采集、输入数据，按照人们的指令进行加工处理，管理和分析数据，并输出有用信息的系统。主要功能：数据采集、管理、分析和表达本质特征：从数据中提取和发掘有用信息构成要素：计算机用户、硬件、软件和数据信息系统功能框示意图数据输入数据的显示与输出数据处理与分析用户界面问答§1.信息和地理信息、信息系统和地理信息系统§1.信息和地理信息、信息系统和地理信息系统信息系统分类管理信息系统（managementinformationsystem，MIS）决策支持系统（decisionsupportsystem，DSS）智能决策支持系统（intelligentdecisionsupportsystem，IDSS）空间信息系统（spatialinformationsystem，SIS）§2.地理信息系统基本概念和本质特征地理信息系统定义（据FICCDC）

GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。用户界面系统和数据库管理数据库建立和数据输入空间数据处理和分析产品生成和输出地理信息系统区别于一般信息系统的主要特点：地理空间数据和信息的特殊复杂性必须具备科学可视化功能区域性和多层次数据量大注重空间分析§2.地理信息系统基本概念和本质特征地理信息系统与相关学科的关系依赖于地理学、测绘学、统计学等基础学科与遥感技术、摄影测量学和人工智能与专家系统关系密切其物理外壳是计算机科学技术数据库技术图像图像技术网络技术OA技术人工智能、专家系统§2.地理信息系统基本概念和本质特征§2.地理信息系统基本概念和本质特征以研究对象性质和内容分类综合性地理信息系统专题性地理信息系统以研究对象分类范围分类全球性地理信息系统区域性地理信息系统§2.地理信息系统基本概念和本质特征以地理信息系统应用功能分类工具型地理信息系统应用型地理信息系统以地理信息系统数据结构类型分类矢量数据结构地理信息系统栅格数据结构地理信息系统混合数据结构地理信息系统地理信息系统的类型§3.地理信息系统的结构与功能

系统软件

系统硬件空间数据用户GIS的基本构成§3.地理信息系统的结构与功能计算机硬件系统主机输入设备存储设备输出设备输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备绘图仪终端打印机§3.地理信息系统的结构与功能§3.地理信息系统的结构与功能计算机软件系统计算机系统软件系统管理：Windows、Unix数据库软件：Oracle、SQLServer、SDE(SpatialDatabaseEngine—空间数据引擎)GIS专业软件应用程序操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件基础软件系统软件GIS§3.地理信息系统的结构与功能§3.地理信息系统的结构与功能空间数据空间位置坐标数据地理实体之间空间拓扑关系地理实体之间空间位置的属性数据§3.地理信息系统的结构与功能系统使用、管理和维护人员GIS咨询管理信息管理数据整理GIS的开发是以人为本的系统工程。业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。§3.地理信息系统的结构与功能空间数据采集与编辑空间数据存储与管理应用模型（二次开发与编程）空间数据处理和分析拓扑叠合缓冲区建立数字地形分析空间集合分析空间数据输出与展示GIS的主要功能模块采集数据§3.地理信息系统的结构与功能管理各行业数据测绘、勘测、规划、土地、交通、管线、农林、水利、环保、油田、军事……§3.地理信息系统的结构与功能§3.地理信息系统的结构与功能管理海量数据查询浏览§3.地理信息系统的结构与功能路径分析§3.地理信息系统的结构与功能地图整饰§3.地理信息系统的结构与功能格网分析§3.地理信息系统的结构与功能生成数字高程模型§3.地理信息系统的结构与功能三维地下体分析§3.地理信息系统的结构与功能§3.地理信息系统的结构与功能地理信息系统与其他学科之间的关联§4.地理信息系统的特性机助制图是GIS的主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。主要强调空间数据的处理、显示与表达，有些数字制图系统包含空间查询功能。GIS与机助制图最主要的区别在空间分析方面。功能完善的GIS可包含所有机助制图的所有功能，此外它还具有丰富的空间分析功能。数字地图及制图是GIS的重要组成部分：①数字地图是GIS的重要数据源；②GIS的处理分析结果常用数字地图形式来表现和输出。GIS与机助制图系统§4.地理信息系统的特性数据库管理系统主要指一般商用的关系数据库管理系统，如Oracle、SQLSever、SyBase、Infomix、FoxPro等，它们不仅是一般的事务管理系统，而且通常也是GIS中属性数据管理的基础软件。目前甚至有些GIS的图形数据也交给关系数据库管理系统管理，而关系数据库管理系统也在向空间数据管理方面扩展；两者之间的区别表现在：GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能外，还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析功能，因此GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库要复杂，在功能上也比后者要多得多。GIS与数据库管理系统§4.地理信息系统的特性CAD（计算机辅助设计）是计算机技术应用与机械、建筑、工程和产品设计的系统，广泛应用于各种产品和工程的图形。GIS与CAD共同特点是两者都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。两者主要区别在于：CAD处理的多为规则的几何图形及组合，图形功能极强，属性功能相对较弱；GIS处理的图形关系复杂，需要较强的空间分析功能，且多具有专业化的特征。此外，CAD一般仅在单幅图上操作，海量数量的图库管理管理能力不如GIS。GIS与CAD§4.地理信息系统的特性遥感图像处理系统是专门用于对遥感图像数据进行分析和处理的软件。它主要强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。遥感数据是GIS的一个重要信息源。两者区别:遥感图像处理系统还不便于用作GIS，它一般缺少实体的空间关系描述，难以进行实体的属性和空间关系查询以及网络分析等功能；但有些基于栅格的GIS除了能进行遥感图像处理之外，还具有空间叠置分析等GIS的分析功能。GIS与遥感图像处理系统§4.地理信息系统的特性GIS与一般事务处理系统处理的主要区别在于：①事务处理系统处理的是一般的数字、文字等数据，而GIS处理的是空间数据，它不仅包括属性数据的数字和文字信息，还要管理反映地理分布特征及其之间拓扑关系的空间位置数据，而且还要把两者有机结合起来进行协调管理和分析；②GIS对计算机硬件、软件的要求比一般事务处理系统要高；③由于GIS处理的数据量大，运算复杂，因此对计算机存储器、运算速度等要求相应也高。GIS与事务处理系统§5.地理信息系统发展和前景地理信息系统的产生与发展GIS的产生和发展GIS开拓期（20世纪60年代中期到80年代中后期）；GIS巩固发展期（20世纪80年代末到90年代中期）；GIS技术大发展及应用普及时代（20世纪90年代中期到现在）。GIS的国内发展状况20世纪70年代——准备阶段1980-1985——起步阶段1986-1990——发展阶段20世纪90年代——快速发展阶段§5.地理信息系统发展和前景GIS的产业化的发展势头强劲主要的GIS产品供应商——国外IntergaphESRIAutoDeskMapInfoOther§5.地理信息系统发展和前景主要的GIS产品供应商——国内MapGISGeoStarSuperMapCityStar§5.地理信息系统发展和前景GIS的发展态势GIS已经成为一门综合性技术3S集成互联网GIS组件GIS移动GIS三维GIS空间数据处理与管理GIS图形与属性的无缝结合空间数据交换格式的解决GIS信息共享措施的建立§5.地理信息系统发展和前景遥感GIS一体化遥感和GIS是空间信息的主要组成部分，两者有着天然的联系，可以互为补充。遥感是空间数据采集和分类的有效工具，GIS是管理和分析空间数据的有效工具。遥感具有动态、多时相采集空间信息的能力，遥感影像已经成为GIS的主要信息源。在遭遇灾害的情况下，遥感影像是唯一我们能够立刻获取的地理信息；在地图缺乏的地区，遥感影像甚至是我们能够获取的唯一信息。另一方面，遥感获取丰富的、海量的空间数据有赖于GIS的有效管理与共享，同时利用GIS强大的空间分析功能提取更深层次的专题信息，全面提升影像的利用价值。随着空间信息市场的快速发展，遥感数据与GIS的结合日益紧密。遥感与GIS的一体化逐渐成为一种趋势和发展潮流。ENVI/IDL与ArcGIS为遥感和GIS的一体化集成提供了一个最佳的解决方案。WebGIS概念：WebGIS（网络地理信息系统）：是Internet技术应用于GIS开发的产物，它指基于Internet平台，客户端应用软件采用网络协议，运用在Internet上的地理信息系统。一般由多主机，多数据库和多个客户端以分布式连接在Internet上而组成，包括以下四个部分：WebGIS浏览器（browser），WebGIS服务器，WebGIS编辑器（Editor），WebGIS信息代理(imformationagent)。特点：全球化的服务器应用、真正大众化的GIS、良好的可扩展性、跨平台特性关键技术：（1）空间数据的压缩与解压缩（2）基于WAP技术的Web浏览（3）分布式WebGIS数据库管理组件GISGIS基础软件可以定性为应用基础软件，但它一般不作直接应用，而是根据某一行业或部门的特定需要进行二次开发。基本思想：把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。基本特点：1）小巧灵活、价格便宜2）无须专门GIS开发语言3）强大的GIS功能4）开发简捷移动GIS定义：移动GIS是一种应用服务系统，狭义的定义是指运行于移动终端并具有桌面GIS功能的GIS；广义的概念是一种集成系统，是GIS、GPS、移动通信、互联网、多媒体技术等的集成。特点：移动性、动态实时性、依赖性、多样性移动GIS将传统应用于桌面端和Web端的各种GIS功能延伸到移动设备上，随时随地的浏览地图、采集图片、编辑数据、查询业务信息、使用路线导航等实用功能。移动GIS适用于石油、地质、勘探、测绘、林业、农业、交通、校园、房产、市政、国土、气象、海洋……等几乎所有行业，为人们的工作和生活带来极大便利和深刻变革。三维GIS传统的二维GIS仅能处理和管理二维图形和属性数据，但随着技术发展，三维建模和GIS发展迅速。如：EsriCityEngine可以利用二维数据快速创建三维场景，并能高效的进行规划设计。三维建模相关技术：Skechup：SketchUp是Google公司推出的一款专为专业人员设计的3D建模软件。SketchUp简单且直观，且使用免费，能迅速准确地进行3D建模。AutoCAD：AutoCAD是Autodesk推出的专业设计软件，提供了可靠的三维自由形状设计工具以及强大的绘图和文档制作功能，在全球拥有数百万用户。地理信息共享技术GIS一直面临着对不同来源、不同数据组织形式的空间信息进行有效管理和综合应用的难点，因此如何对众多来源的信息共享问题已成为现代信息社会发展的一个重要标志。目前，实现多格式数据共享的方式大致有三种：数据格式转换模式、直接数据访问模式和数据互操作模式。数字地球数字地球（digitalearth）定义：一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。它